Vì sao vi xử lý trên smartphone vẫn không thể sánh bằng máy tính?

VNR Content

09/10/2020

CPU smartphone đang ngày càng trở nên mạnh mẽ hơn nhưng sẽ còn phải "tiến một bước rất dài" để có thể sánh kịp CPU trên desktop.

Chiếc smartphone đang nằm gọn trong túi quần của bạn thực sự rất mạnh mẽ. Nó mạnh hơn rất nhiều những siêu máy tính trên thế giới mà hiện nay đã lỗi thời. Thậm chí điện thoại di động hiện tại sở hữu sức mạnh xử lý còn lớn hơn các máy tính mà NASA từng sử dụng để thực hiện nhiệm vụ đưa hai phi hành gia lên Mặt trăng vào năm 1969.

Tuy vậy, những vi xử lý hiện đại trên smartphone so ra vẫn kém cạnh so với sức mạnh xử lý ấn tượng trên những chiếc laptop hay desktop. Nhưng chẳng phải chúng sử dụng cùng công nghệ hay sao? Vậy, hãy cũng tìm hiểu về sự khác biệt giữa vi xử lý trên smartphone và desktop.

Vi xử lý trên smartphone và máy tính

Cùng sử dụng chung tên gọi và các con số ký hiệu, tuy nhiên bộ vi xử lý lại được phân ra làm 2 nhánh: một dành cho điện thoại và một cho desktop.

Vi xử lý được trang bị trên những chiếc điện thoại di động sử dụng nhiều thuật ngữ giống với các bộ vi xử lý có trên desktop, nhưng thật ra chúng lại khác nhau. Hơn nữa, từ "di động" có vẻ dễ gây hiểu nhầm với một số người vì nó đề cập đến một loạt các thiết bị bao gồm: smartphone, laptop, thiết bị IoT…

Bên cạnh đó, các nhà sản xuất khác nhau cung cấp các bộ phận linh kiện cho thị trường "di động" và desktop theo những tiêu chí khác nhau, với sự "phân mảnh" sâu tùy thuộc vào từng loại phần cứng. Chẳng hạn, những "ông lớn" trên thị thường chip desktop như Intel hay AMD sẽ chẳng mấy quan tâm đến thị trường vi xử lý smartphone. Cả hai nhà sản xuất đều bán các bộ phận phát triển smartphone của họ, quyết định không đương đầu với Qualcomm, Apple, Samsung và những gã khổng lồ sản xuất chip di động khác.

Đã từng có những tin đồn AMD sẽ tham gia vào thị trường SoC dành cho smartphone 5G, nhưng tới nay mọi thứ vẫn chưa có gì sáng tỏ. Trước đây, con chip Atom của Intel cũng từng xuất hiện trên một số mẫu Zenfone của Asus. Tuy nhiên, không giống như AMD, Intel không hề có kế hoạch phát triển thị trường smartphone 5G.

Sự khác biệt giữa vi xử lý máy tính và smartphone

Có một số khác biệt chính giữa bộ vi xử lý của smartphone và desktop, tập trung vào:

- Kiến trúc CPU

- Kiến trúc tập lệnh (ISA)

- Sức mạnh xử lý và nhiệt độ tỏa ra.

1. Kiến trúc CPU: Hệ thống trên chip (SoC)

Khi nói đến CPU desktop, chúng ta luôn đề cập đến một phần cứng cụ thể, với CPU desktop được xem là "bộ não" của cả máy tính. Còn khi bàn đến CPU smartphone, thuật ngữ "bộ vi xử lý" thường hàm ý đến kiến trúc SoC. Vậy, chúng khác nhau như thế nào?

SoC là là một bộ vi xử lý tích hợp nhiều thứ bên trong gồm một CPU, một GPU, nhiều bộ thu phát sóng, cảm biến, các lớp bảo mật và tính năng của thiết bị. Các nhà sản xuất sẽ tích hợp tất cả những tính năng của chúng trên một con chip duy nhất.

Hình ảnh dưới đây cho thấy những tính năng hỗ trợ của SoC Exynos 990 được trang bị trên Samsung Galaxy S20:

2. Kiến trúc tập lệnh: ARM với x86

Khía cạnh kiến trúc CPU thứ hai cần xem xét là thiết kế tổng thể của CPU. Intel cấp phép thiết kế CPU x86 của họ cho AMD và VIA Technologies. Hiện nay, thiết kế của Intel thống trị thị trường vi xử lý desktop. Kiến trúc x86 được thiết kế phục vụ cho máy tính hiệu năng cao, có thể thực thi hàng triệu tập lệnh. Và vì desktop tiếp nhận nguồn điện trực tiếp từ ổ cắm, nên CPU desktop có thể hoạt động cực kỳ mạnh mẽ (đi kèm với đó là lượng nhiệt tỏa ra sẽ có thể nhiều hơn).

Smartphone thì lại khác, ARM thiết kế và cấp phép phần lớn bản quyền kiến trúc vi mạch cho các nhà sản xuất như Qualcomm, Apple… Nhưng sự khác biệt chính nằm ở việc thiết kế bộ vi xử lý trên smartphone của ARM ưu tiên cả hiệu năng và thời lượng pin, thay vì sức mạnh thuần như CPU desktop.

CPU SoC ARM sử dụng kiến trúc với tập lệnh đơn giản hóa (RISC). Các tập lệnh RISC nhỏ hơn, yêu cầu ít năng lượng để xử lý và có thể hoàn thành nhanh chóng các lệnh, giải phóng tài nguyên hệ thống hoặc cho phép thiết bị được "nghỉ" để tiết kiệm pin.

CPU Intel x86 sử dụng kiến trúc với tập lệnh phức tạp (CISC). Các tập lệnh CISC phức tạp hơn hẳn, kết hợp các chuỗi chứa nhiều lệnh khác nhau.

Ngoài ra, tất cả các CPU hiện đại đều sử dụng một thứ được gọi là microcode (vi mã). Microcode là một loại mã tồn tại bên trong CPU, "ra lệnh" cho CPU cần thực hiện những tác vụ gì và chia các thao tác thực hiện thành những lệnh nhỏ. Ngoài ra, microcode sẽ làm việc có chút khác biệt trên các CPU dựa trên nền tảng tập lệnh RISC, vì các tập lệnh RISC đã tương đối nhỏ nên việc chia nhỏ chúng thành các thao tác microcode nhỏ hơn sẽ khiến việc thực thi lệnh được nhanh hơn.

3. Sức mạnh và nhiệt độ

Các hãng khi quảng cáo về CPU đều tìm cách khiến người dùng chú ý đến số lượng nhân và xung nhịp của vi xử lý. Nhưng các giá trị của bộ vi xử lý trên smartphone lại không hoàn toàn nằm ở đó, mà có sự khác biệt so với trên desktop, chúng không tương quan với các phép đo CPU desktop và vì thế dễ gây hiểu nhầm vì điều này. Các giá trị thông số không thể hiện được những khía cạnh quan trọng khác của CPU smartphone, đó là sức mạnh xử lý và tản nhiệt.

Khi bộ vi xử lý làm việc, nó sẽ sản sinh ra nhiệt (nếu không muốn nói là khá nhiều nhiệt). CPU desktop sử dụng quạt gió hoặc heatsink để tản nhiệt cho máy tính, tuy nhiên CPU smartphone lại không có được sự "sang chảnh" như vậy. Đôi khi, CPU smartphone còn bị hâm nóng trong những không gian chật hẹp, như túi quần chẳng hạn, kèm theo một tiết trời cực kỳ nóng bức.

Các nhà sản xuất CPU smartphone biết điều này và do đó đã giới hạn tốc độ tổng thể mà vi xử lý có thể vận hành. Vì thế, CPU desktop thường được quảng cáo về độ ổn định của xung nhịp, trong khi CPU smartphone có xu hướng quảng bá cho tốc độ xung nhịp tối đa trên lý thuyết của nó.

Ví dụ như, một CPU Intel Core i7 tạo ra giá trị nhiệt trung bình rơi vào khoảng 65 watt khi vận hành; một CPU SoC dựa trên nền tảng ARM chỉ tạo ra khoảng 3W - ít hơn khoảng 22 lần so với con chip của Intel. Dẫu vậy, các con chip Intel Atom mới nhất (được thiết kế cho các thiết bị di động và smartphone) đã có khả năng tản nhiệt tốt hơn nhiều.

Vì vậy, về mặt lý thuyết, ARM hoàn toàn có thể tăng hơn nữa sức mạnh của CPU SoC trên smartphone, tăng đáng kể tốc độ xung nhịp nhưng kèm theo đó là smartphone và pin cũng sẽ rất nhanh nóng, hao pin và đột tử. Tất nhiên, những kỹ sư của ARM chắc chắn không muốn điều đó xảy ra.

Trải nghiệm trên desktop

Xét trong một số trường hợp, smartphone đang dần trở thành một giải pháp thay thế cho desktop và laptop. Các thiết bị cầm tay hiện tại đều dễ dàng đa nhiệm, chạy nhiều ứng dụng đồng thời. Hơn nữa, với kho ứng dụng dồi dào trên Android và iOS có nghĩa là chúng ta cũng dễ dàng tìm kiếm các ứng dụng tương tự có trên desktop, và nhiều ứng dụng yêu thích trên desktop cũng sẽ có mặt trên smartphone, đơn cử như Microsoft Word.

Và rồi còn có hệ thống dock tích hợp nữa, lấy Dock DeX Station của Samsung làm ví dụ, thiết bị này cho phép kết nối với màn hình và phản chiếu màn hình smartphone lên đó. Như vậy, bạn có thể phần nào dựa vào chiếc smartphone của mình và biến nó thành một hub chuyển đổi đầy hiệu quả. Tuy nhiên, đối với những ai sử dụng các phần mềm tốn nhiều tài nguyên hơn sẽ phải tiếp tục dựa vào các giải pháp mạnh mẽ có sẵn trên desktop.

Bộ vi xử lý trên smartphone có thể sánh kịp với vi xử lý trên desktop hay không?

Trong một số trường hợp thì đang diễn ra đúng như vậy. Thế hệ vi xử lý smartphone mới nhất, như là Qualcomm 865+ được ra mắt tại IFA 2020, chạy một vi xử lý 8 nhân mạnh mẽ với tốc độ xử lý tối đa là 2.4GHz. Bộ vi xử lý Exynos 1000 mới nhất của Samsung cũng sẽ sở hữu thiết kế 8 nhân với mức xung nhịp lên đến 2.73 GHz.

Tuy nhiên, vấn đề nằm ở chỗ vi xử lý trên smartphone phải đối mặt với những hạn chế khác nhau so với bộ vi xử lý trên desktop. Việc thiếu điện năng tiêu thụ, sản sinh nhiệt và vấn đề tản nhiệt đã đề cập ở trên sẽ khiến vi xử lý trên smartphone sẽ luôn chịu kém cạnh so với trên desktop.

Điều quan trọng cần nhớ đó là CPU của smartphone và desktop hướng đến những kỳ vọng và mục tiêu riêng biệt. Việc so sánh chúng với nhau một cách sát sao không phải lúc nào cũng hữu ích vì sự khác biệt lớn trong cách sử dụng, cũng như thị trường smartphone luôn có sự biến động.

Giang Vu (Tham khảo Make Use Of)

Thành viên mới đăng